Conformado
de metales
Los metales deben ser
conformados en zona de calentamiento plástico y por ello es necesario superar
el límite de fluencia para que la
deformación sea permanente. Por lo cual el material es sometido a esfuerzos
superiores a sus límites elásticos estos
límites se elevan consumiendo así la ductilidad.
Este proceso se muestra en la siguiente
figura:
En el conformado de metales
se deben tener en cuenta ciertas propiedades tales como un bajo límite de
fluencia y una alta ductilidad: estas propiedades son influenciadas por la
temperatura. Cuando la temperatura aumenta el límite de fluencia disminuye y la
ductilidad aumenta.
Existe para esto un amplio
proceso de manufactura, en los cuales las herramientas, usualmente un dado de
conformación ejerce esfuerzos sobre la material y lo obliga a tomar la
figura geométrica del dado.
En el siguiente mapa
conceptual se muestra el tipo de distinciones que se deben tener en cuenta al
momento de estudiar procesos de conformación de metales.
Trabajo
en frio:
Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor.
Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor a la resistencia de cedencia original del metal, produciendo a
la vez una deformación.
Las principales ventajas de
trabajar en frio son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados
superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el
producto final y mayor dureza de las partes.
El trabajo en frio así como
tiene ventajas también posee desventajas ya que este requiere mayores esfuerzos
debido a que los metales aumentan su resistencia ocasionada por el endurecimiento por deformación,
produciendo así que el esfuerzo requerido para continuar con la deformación se
incremente y contrarreste el aumento de la resistencia. La reducción de la
ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de
operaciones de formado que se pueden realizar a las partes.
Trabajo
en caliente:
Se define como la
deformación plástica del metal a una temperatura superior que la de recristalización, la ventaja principal de
este consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que
además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una alta
resistencia de cedencia y una alta ductilidad.
Los beneficios del trabajo
en caliente son: mayores modificaciones a la pieza de trabajo, menos fuerzas y
esfuerzos requeridos para deformar el
metal, opción de trabajar con metal que se fracturan al momento de trabajarlos
en frio, propiedades de fuerzas isotrópicas y por ultimo no ocurren
endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajos. Sin embargo el
acabado superficial y las tolerancias suelen ser más bajas en comparación con
el trabajo en frio, las partes trabajadas tienen un comportamiento
anisotropico. Así mismo, es más difícil registrar el control de exactitud
dimensional debido a la combinación
elástica y contracción térmica del metal, por
lo cual en el diseño de la pieza es necesario tener en cuenta una
dimensión mayor al iniciar cualquier operación.
En la práctica, el
trabajo en caliente se realiza desde temperaturas un poco mayores a 0.5 Tm (la mitad de la temperatura de fusión).
El proceso de deformación genera por sí mismo calor que incrementa las
temperaturas de trabajos en sectores localizados de las partes, lo que puede
causar la fusión indeseable de dichas regiones.
Operaciones
de formado o preformado de lámina de metal:
Los procesos de conformado
de láminas son operaciones realizadas con láminas, rollos y tiras realizadas a
temperatura ambiente con sistemas de punzones y dados: Algunas de ellas son:
operación de corte, doblado y embutido.
Operación
de corte
·
Cizallado:
operación
de corte de lámina, consiste en
disminuir la lámina a un menor tamaño, para hacerlo el metal es sometido
a dos bordes cortantes, como se muestra en la siguiente figura:
Proceso
de cizallado donde V es la velocidad
y F es la fuerza de la cuchilla.
Comentarios:
el cizallado es un proceso sin residuo; en base a este video pudimos observar
el proceso del cizallado se muestran claramente los cortes del material.
·
Troquelado: en
el troquelado se cortan las láminas sometiéndolas a esfuerzos cortantes,
desarrollados entre un punzón y una matriz, se diferencia del cizallado ya que
este último solo disminuye el tamaño de la lámina sin darle forma alguna. El
producto terminado del troquelado puede ser la lámina perforada o las piezas
recortadas.
Los
parámetros que se deben tener en cuenta en el troquelado son la forma y lo
materiales del punzón, la matriz, la velocidad y fuerza del punzonado, la
lubricación, el espesor del material y
la holgura o la luz entre el punzón y la matriz, la determinación de la influirá en la forma y la calidad del borde
cortado. Entre mayor luz exista, el borde del cortado será más burdo y
provocara una zona más grande de deformación en la que el endurecimiento será
mayor.
La
altura de las rebabas se incrementa al aumentar la luz. Lo bordes de
herramientas desafilados
contribuyen también a la
formación de rebabas, que disminuye si aumenta la velocidad del punzón. En
algunas operaciones del troquelado la lámina perforada suele acumularse entre la porción recta de la matriz,
ejerciendo una fuerza de empaquetamiento
que se opone a la fuerza del troquelado, por esta razón, la fuerza del
troquelado debe ir aumentando conforme se realicen más operaciones.
Ejemplo de
troquelado fabricación de monedas
Proceso de troquelado
Partes
de la troqueladora:
La troqueladora consta de un
troquel y una prensa hidráulica que lo aloja. Las partes del troquel se
describen a continuación
Ø Punzón macho:
ejerce presión sobre la lámina al troquelar, cortándola gracias al juego
existente entre este y la matriz.
Ø Base inferior del troquel: parte
tenaz que contiene a la placa sufridera.
Ø Base superior del troquel:
parte tenaz que aloja al macho y contiene una placa sufridera.
Ø Pin centrador:
permite alinear el centro de la prensa con el centro de la fuerza del troquel.
Está ubicado en la superficie superior de la base superior del troquel.
Ø Resortes de espira redonda: presiona
la placa guía contra el fleje a troquelar, evitando que se deforme durante el
corte.
Ø Placa pisadora o guía de punzones: impide
el movimiento de la lámina antes de realizar el troquelado y garantiza su
correcta ubicación con respecto a la hembra y el macho.
Ø Matriz o hembra: parte templado, ubicada en el inferior de la
troqueladora. La superficie de la matriz determina a la vida del troquel,
debido a que posee una porción recta que va desgastando con el uso y debe ser
rectificada para conservar una buena calidad de los productos. La parte inferior
de la matriz sirve como estructura y tiene una cavidad cónica que permite la
salida de los blancos.
Ø Placa sufridera:
parte templada y revenida que impide las posibles indentaciones producidas por los continuos
golpes o impactos que suceden durante la troquelada.
Ø Guías de fleje (laminas): orientan
la lámina haciendo que esta se mantenga alineada según el trabajo requerido.
En
estos videos observamos que él trozo de material que recorta el punzón que
suele llamarse troquel, es la pieza a producir, por lo que las de babas mayores
y demás detalles deben dejarse en la banda.
Prueba
de calidad: el troquelado se puede utilizar para el cortado de una lámina de
aluminio, y es muy común en las fábricas para hender pieles.
Comentarios:
en el video anterior se muestra como se corta el cuero por medio del proceso
del troquelado.
·
Doblado: el doblado de metales
es la deformación de láminas alrededor de un determinado ángulo. Los ángulos
pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados
(menores de 90°) o rectos. Durante la operación,
las fibras externas del material están en tensión, mientras que las interiores
están en compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor
de la lámina metálica.
Existen diferentes formas de doblado las más
comunes son: doblado entre dos formas y doblado deslizante.
Ø Doblado entre dos formas: la lámina metálica
es deformada entre un punzón en forma d V
u otra forma y un dado. Con este punzón se puede doblar desde ángulos
muy obtusos hasta ángulos muy agudos.
Esta
operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo volumen de producción.
Doblado
en V antes y después del doblado.
Ø Doblado deslizante: una placa presiona la lámina metálica
a la matriz o dado mientras el punzón le
ejerce la fuerza que la dobla alrededor del borde del dado. Este tipo de
doblado está limitado para ángulos de 90°.
Cuando se
remueve la fuerza de doblado, la lámina intenta regenerarse gracias a una
propiedad elástica del metal conocida como memoria, restitución o recuperación.
Esta propiedad no solo se observa en láminas y placas planas, sino también en
varillas, alambres y barras con cualquier perfil transversal.
ü Punzones de doblado:
Dados
Punzones
Los punzones se
diferencian por las siguientes características: radio y ángulo de doblado. El
ángulo de doblado es medido entre las dos caras que forman la arista del punzón
alrededor de la cual se doblan las láminas y el radio de doblado determina el
chaflán de dichas aristas.
Comentarios:
el doblado es un proceso que cosiste en una deformación plástica del metal,
esto se logra con los procesos y materiales adecuados para lograr el doblado
requerido.
Prueba
de calidad:
Hormigón
(construcciones)
Resistencia
a la comprensión
Resistencia
a la tención
Resistencia
a la flexión
Dureza
Es
denso
Resistencia
química
Resistencia
a la frexion
Comentarios:
el hormigo se utiliza para las construcciones normal mente y por ello el proceso de calidad de esta debe ser óptimo debido a que implica mucho al
momento de construir y si ese producto se vende en el mercado y es de mala calidad, las
consecuencias se verán con el tiempo.
·
Embutido: el embutido consiste
en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego presionándolo hacia la
cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la cual quedara formada la
lámina.
Pieza
embutida
Un
ejemplo claro del embutido es la fabricación de una pieza metálica. Para este
caso, un blanco de diámetro
es un
embutido en un dado por un punzón de diámetro
. Los
radios en la esquina del dado y el punzón están dados por
y
.
El punzón ejerce una fuerza F hacia abajo para lograr la deformación del metal;
además una fuerza
es
aplicada hacia abajo por la placa sujetadora, que estabilizará el flujo de la
lámina para que este sea parejo. El punzón baja hasta que la lámina ha quedado
introducida en la luz entre punzón y
matriz, y el resultado es una pieza fabricad en forma de cilindro de diámetro
Proceso de embutición
El número de etapas de
embutición depende de la relación que exista entre la magnitud del disco y de
las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición, del
material y del espesor de la chapa. Es decir, cuanto más complicadas las formas
y más profundidad sea necesaria, tanto más etapas serán incluidas en dicho
proceso.
Ø Partes del dispositivo de embutición:
ü Punzón.
ü Matriz o hembra de
doblado.
ü Pines guías.
ü Placa sujetadora del
material bruto.
Comentarios:
el embutido se usa para hacer piezas de
forma de copa u otras piezas más complejas, mediante un proceso establecido y
ordenado que permite que los objetivos propuestos se alcancen, es decir que la
forma de la pieza requerida se obtenga en perfectas condiciones.
Prueba
de calidad
La loza
Dureza
Poco
denso
Resistencia
a la flexión
Conductividad
térmica
Resistencia
a la frexion
Resistencia
química
Poco
denso
Comentarios:
la loza la utilizamos con mucha frecuencia en la vida cotidiana podríamos decir
que es indispensable para el ser humano, por ello antes de encontrarlas en sus
diferentes puntos de ventas tiene que pasar por una rigurosa prueba de calidad
parta determinar si está apto para su uso.
Proceso de deformación volumétrica:
Los
procesos de conformado de bloque provocan deformaciones y cambios drásticos de
forma en los materiales. Las formas iniciales de las piezas son, en este caso,
barras rectangulares y cilíndricas, para operaciones de deformación como
laminado, forjado, extrusión y estira
(trefilado).
Los procesos
de deformación de bloques se realizan en operaciones de trabajo en frio y
caliente.
El
trabajo en frio se realiza cuando hay la necesidad de mejorar las propiedades
mecánicas o alcanzar un buen acabado
superficial.
El
trabajo en caliente se requiere cuando se involucra la deformación volumétrica
de grandes piezas de trabajo.
·
Laminado: es un proceso en el
que se reduce el espesor de una pieza larga a través de fuerzas de comprensión
ejercidas por un juego de rodillos, que giran apretando y halando las piezas
entre ellos.
Proceso de laminación
El resultado del
laminado puede ser una pieza terminada (por ejemplo, el papel aluminio
utilizado para la envoltura de alimentos y cigarrillos), y en otras, es la
materia prima de procesos posteriores, como el troquelado, el doblad y la
embutición.
Generalmente el
laminado se realiza en caliente, este proceso comienza con una colocada
continua en donde se recalienta el acero en un foso de termodifución, luego el acero pasa por una
serie de rodillos que desbastan el material ( proceso laminado) y finalmente la
lámina es almacenada en rollos.
Comentarios:
el laminado es un proceso por el cual se
le reduce el espesor del material y se
obtienen piezas como la cerámica y el papel de aluminio
Prueba
de calidad:
Cerámica
Resistencia
a la comprensión
Resistencia
a la tensión
Resistencia
al impacto
Dureza
Resistencia
a la flexión
Poco
denso.
Resistencia
química
Conductibilidad
térmica
Comentario:
la cerámica se utiliza para enchapar (sala, baño, cocina, patio, etc.)Y para
salir al mercado debe cumplir con los
requisitos estipulados.
·
Forjado:
fue
el primero de los procesos de tipo comprensión indirecta y es probablemente el
método más antiguo de formado de metales
involucra la aplicación de esfuerzos de comprensión que exceden la
resistencia de fluencia del metal.
En este proceso de formado se
comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada.
Existen tres tipos de
operación de forjado las cuales son:
Ø
Forjado
a dado abierto: el material se comprime entre dos planos
permitiendo que el material fluya sin restricción en sus caras laterales.
Ø
Forjado
de dado impresor: el dado de comprensión ejerce una fuerza
sobre la superficie de la pieza, haciendo que esta tome sobe la forma del dado.
A pesar de que aumenta la restricción del metal, es posible que este fluya más
allá del dado impresor lo que causa un exceso de material (rebaba).
Ø
Forjado
sin rebaba: el dado restringe completamente el material
dentro de la cavidad y no se produce rebaba en excedente.
Tipos de forjado
La mayoría de operaciones de
forjado se realiza en caliente, dada la deformación demandada en el proceso y
la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal.
Sin embargo este proceso se puede utilizar en frio, la ventaja es la mayor
resistencia del componente, que resulta del
endurecimiento por deformación.
Comentarios:
en base a los videos podemos ver que en
el proceso de forja el metal puede ser estirado, recalado y comprimido para
obtener la pieza requerida.
Prueba
de calidad:
Herraduras
del caballo
Resistencia
a la comprensión
Resistencia
a la tensión
Resistencia
al impacto
Resistencia
a la flexión
Poco
denso
Conductibilidad
térmica
Resistencia
química
Resistencia
ala frexion.
Comentarios:
Al
realizar la prueba de calidad al forjado, escogimos la herradura del caballo ya que este es un
resultado del proceso mencionado anteriormente
que debe llenar una serie de requisitos para poder salir al mercado.
·
Extrusión:
es un proceso por comprensión en el cual
el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para
darle forma a su sección transversal.
Ejemplo de este proceso son
secciones huecas, como tubos, y una variedad de formas en la sección
transversal.
Los tipos de extrusión
dependen básicamente de la geometría y del material a procesar.
Existe el proceso de
extrusión directa, extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en
caliente para metales (a alta temperatura).
En la extrusión directa, se
deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que será
comprimido por un pistón.
Al ser comprimido, el material se
forzara a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometría
del dado.
Proceso de extrusión
La extrusión indirecta o
inversa consiste en un dado impresor que está montado directamente sobre el embolo. La presión ejercida por el
embolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca
en el fondo del dado contenedor.
Proceso de extrusión indirecta inversa.
En la extrusión
indirecta, el lingote no se mueve a través del recipiente, por lo tanto, no hay
fricción en la paredes de este y la fuerza del pistón es menor que en la
extrusión directa.
Presión
Vs carrera del pistón para extrusión directa e indirecta
Comentarios:
en base a los videos podemos definir que la extrusión se utiliza para crear
objetos con sección transversal definida, el material se empuja o se extrae de
un troquel de una sección transversal deseada.
Prueba
de calidad:
Tuberías:
Resistencia
a la comprensión
Resistencia
a la tensión
Resistencia
al impacto
Dureza
Resistencia
a la flexión
Poco
denso
Muy
denso
Resistencia
química
Resistencia
a la frexion
Las
tuberías son resultantes del proceso de extrusión después de dicho proceso
tiene que pasar por una prueba de calidad donde se decidirá si el producto
saldrá al mercado o no.
Nota: para la realización de la prueba de calidad
de los diferentes tipos de conformado de metales decidimos escoger el resultado de cada
proceso de conformado; por ejemplo el laminado un producto resultante de este
es la lámina de metal le hicimos la prueba de calidad a la lámina, así paso con
los diferentes tipos de conformado.
Bibliografía
La web
Conformado de metales
escuela colombiana de ingeniería industrial
Youtube
No hay comentarios:
Publicar un comentario